Geri Dön

Synthesis of fullerenol urethane oil composite and its film properties

Fullerenol/Üretan yağı kompozi̇ti̇n üreti̇mi̇ ve özelli̇kleri̇

  1. Tez No: 381887
  2. Yazar: DENİZ SERTEL
  3. Danışmanlar: PROF. DR. AHMET TUNCER ERCİYES
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2015
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 57

Özet

Fullerenler, karbon atomlarından oluşan altıgen ve beşgen yüzleri içeren kapalı kafes yapısındaki moleküllerdir. Genel formülü, n altıgenlerin sayısı olmak üzere, C2n+20 ile ifade edilir. Sadece 12 beşgenden oluşan C20 fullerenlerin en küçük üyesidir. Karbon atomu sayısı çift ve 20'den büyük olmak üzere her sayıda fulleren molekülü olması mümkündür. Fulleren moleküllerinde karbon atomları birbirine güçlü σ ve π bağlarıyla, kristal içerisindeki fulleren molekülleri ise birbirine zayıf Van Der Walls bağlarıyla bağlıdır. Fulleren molekülleri yapısındaki karbon atom sayısına göre farklılık göstermektedir. C60saf kristali yüzey merkezli kübik yapıda iken C70 kristali hekzagonel sıkı paket yapıda olabilmektedir. Fullerenler genel olarak 3 şekilde sınıflandırılırlar. Bunlardan ilki intercalation olarak adlandırılan yapılardır. Bu yapılarda fulleren molekülü kendine ait moleküler özelliklerini korurken kendisine eklenen atom geniş kafeslerin arasını doldurur. İkincisi ekzohedral fulleren yapılarıdır. Bu yapılar fulleren molekülüne dışardan farklı atom veya atom gruplarının bağlanması ile oluşur. Son fulleren yapısı ise endohedral fullerenlerdir. Bu yapılar, bir ya da birden çok atomun fulleren molekül kafesi içerisinde hapsedilmesiyle oluşur. Kafes içerisindeki atom metal atomu ise bu tür fullerenlere endohedral metallofurenler denilmektedir. 1985 yılında keşfedilen bu yapılar modern bilimdeki en ilginç moleküllerden biri olarak tanımlanabilir. Fulleren sadece estetik görünümlü karbon allotropu olmak dışında sıra dışı özelliklere sahip bir moleküldür. Ancak bu özellikler fullerenin az çözünebilir ve işlenebilir olması dolayısıyla kısıtlanmaktadır. Araştırmaların başında polimerik matrisin içine gömülerek ortaya çıkarılan karışımlar ve bileşikler hem polimer özellikleri açısından (iyi çözünebilirlik ve işlenebilirlik) hem de fulleren özellikleri açısından (optik, manyetik ve iletkenlik) incelenmiştir. Ancak fullerenlerin ve polimerlerin birbirleriyle uyumsuz olması ve birbirlerine yapışmaması polimerik Matris içinde büyük fulleren parçacıklarının birikmesine sebebiyet vermiş ve bu durum oluşan malzemenin kullanım performansının düşük olma riskini ortaya çıkarmıştır. Bu problemlerin çoğu fullerenlerin modifiye edilmesiyle çözülmektedir. Modifiye edilmiş fullerenmolekülleri saf fullerenlerin çoğu özelliğini barındırmaya devam etmekle birlikte yaygın olan organik maddelerde çözülmesini kolaylaştırarak ileri çalışmalara daha uygun hale getirmiştir. Fullerenve polimerin uygun, fonksiyonel gruplarla modifiye edilmesi fulleren ve polimerler arasında güçlü bir etkileşim meydana getirmekte ve fullerenin polimer matrisi içinde iyice yayılmasını ve güçlü bir şekilde yapışmasını sağlamaktadır. Değişik fonksiyon grupları fullerene hidrojenleşme, halojenleşme, oksitlenme, metilasyon, hidroksillenme gibi yollarla bağlanmaktadır. Geçmişten günümüze halojenleşme ve hidroksillenme en çok çalışılan iki yöntemdir. Fullerenol olarak adlandırılan yapı hidroksillenme yöntemiyle oluşmuş olup, kolay reaksiyona girme özelliğinin yanı sıra yüksek çözünürlülüğe ve kararlılığa sahiptir. Bu özelliklerinden dolayı modifiye edilmiş fullereni polimer zincirlerine aşılamak malzemenin kullanabilirliğini arttırmak açısından önemli bir yer tutmaktadır. Çünkü fullerenol ve polimer birleştiğinde çözünürlüğünün ve işlenebilirliğinin artması yanı sıra kullanışlı malzemeler oluşumuna da sebebiyet vermektedir. Polimer malzeme üretimi yaygın olarak petrol bazlı kaynaklardan yapılmaktadır.Ancak petrol kaynaklarının kısıtlı olması, petrol fiyatlarının gün geçtikçe artmasıve petrolün yanması sonucu oluşan karbon monoksit gazlarının çevreye vermiş olduğu zararlardan dolayı, bilim insanları yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmeye başlamıştır. Bitkisel yağlar bu yenilenebilir kaynakların en önemli olanlarından biridir. Bitkisel yağların ana bileşeni trigliseritler olup bu yapılar gliserinin ve üç yağ asidinin esterleşmesi ile oluşmaktadır. Trigliseridler kuruma özelliklerine göre kurumayan, yarı kuruyan ve kuruyan yağlar olarak 3 ana sınıfa ayrılır. Bu sınıflandırma doymamışlık derecesine göre yapılır. Yağ asitlerindeki doymamış gruplar, iyot indisi tayini ile belirlenir. İyot indisi 100g yağa katılabilen halojenin, iyot cinsinden gram miktarıdır. İyot indisi yükseldikçe yağın kuruma özelliği artar. İyot değeri 170'den büyük olanlar kuruyan, 170 ile 100 arasında olanlar yarı-kuruyan, 100'den küçük olanlar kurumayan yağ olarak adlandırılır. Kullanılan yağın içeriğine ve özelliğine göre değişik fiziksel özelliklere sahip polimerler elde edilebilmektedir. Bitkisel yağlarda polimer oluşumu temelde üç farklı yöntem ile gerçekleştirilmektedir: (i) çift bağların direkt polimerizasyonu, (ii) çift bağların kimyasal modifikasyonu (iii) trigliseritlerin indirgenmesiyle monogliseridlerin oluşturulması genel olarak bu üç farklı yöntemi oluşturur. Karbon çift bağların direk polimerizasyonunda bu bağlar bir serbest radikal ya da bir katyonik mekanizma yoluyla polimerize edilir. Modifikasyonlar ise trigliseridlerde bulunan C=C çift bağı, ester grubunun alfa karbonu, allilik karbonlar tarafından sağlanabilmektedir. Son olarak bitkisel yağlardan polimer üretiminde gliseroliz adı verilen bir yöntem kullanılır. Gliseroliz reaksiyonu bir solvent içinde veya emülgatör katalizörü varlığında gerçekleştirilir. Bu reaksiyon sonucunda mono-digliserid ürün karışımı oluşur. Bu ürün karışımı polimer yapımında platform geçiş monomeri olarak kullanılır ve kısmi gliserid olarak adlandırılır. Kısmi gliseridler izosiyanat, diasit, anhidrit ve epoksi gibi komonomerlerle polikondezasyon reaksiyonu verebilmektedir. Üretan yağlar kısmi gliseridler ile diizosiyanat arasında gerçekleşen reaksiyonlar sonucu oluşur. Diizosiyanatlar alifatik veya aromatik yapıda olabilirler. Kullanılan monomerler doğrudan ürün özelliklerine etki etmektedir. Poliüretan oluşumunda kullanılan yağlardan bazıları ayçiçeği yağı, keten yağı, soya yağıdır. Bu tezde fullerenol ve ayçiçek yağının gliseroliz reaksiyonu ile oluşturulan kısmi gliserid karışımından kompozit malzeme oluşturulmuş ve bu malzeme yüzey kaplama özellikleri yönünden incelenmiştir. Sözü edilen malzemenin üretiminde ilk aşamada fullerenin kısmi gliserid ile kovalent bağ oluşturmasını sağlayacak bir yüzey modifikasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu yüzey modifikasyonunda benzen içinde çözünmüş fulleren molekülü NaOH ile tepkimeye sokulmuştur. Tepkime hava ortamında gerçekleştirilmiş ve tetrabutilamonyum hidroksit katalist olarak kullanılmıştır. Elde edilen fullerenol molekülünün yapısı FT-IR ile incelenmiştir. Tepkimede oluşan OH moleküllerinin sayısını hesaplayabilmek için ise TGA analizi yapılmıştır. Daha sonra ayçiçek yağının gliserol ile alkoliz reaksiyonu sonucunda kısmi gliserid elde edilmiştir. Daha sonraki aşamada ise fullerenol molekülü ve kısmi gliserid kovalent bağla bağlanmış ve yüzey kaplama malzemesi elde edilmiştir. Hazırlanan fullerenol-üretan yağı kompozit malzemenin kimyasal yapıları FT-IR ile incelenmiştir. Buna ek olarak, numunelerin termal özellikleri TGA ve DSC analizleriyle izlenmiştir. Elde edilen kompozit malzemenin ısıl kararlılığının klasik üretan yapıdan daha az olduğu gözlenmiştir. Ayrıca elde edilen kaplama malzemesinin film özellikleri ASTM standartlarına uygun şekilde kuruma zamanı, esneklik, su, asit ve baza dayanıklılık testleri ile incelenmiştir.

Özet (Çeviri)

Fullerenes are members of organic molecules which are formed by carbon allotropes. They proved not only to be new carbon allotrope with esthetic appearance but also a molecule of many talents possessing a wide range of different properties. They are widely used in industrial application due to its physical, chemical and electrochemical properties in recent years. However, the wide application of fullerenes is impeded by their almost complete incompatibility with water and aqueous solution. In early stage of its research, it was embedded into polymeric matrix. Resulting products have been studied for combined properties of fullerene and polymer. However, incompatibility between fullerene and the polymer matrix leads to formation of large fullerene aggregates. These problems are sorted out by modification of the fullerene which retain many of characteristic properties of pristine fullerene but are easier to dissolve in common organic solvents. Several functional groups have been attached exohedrally onto fullerene surface via, hydrogenation, halogenation, radical addition, and hydroxylation and go on. Hydroxyl derivatives have been studied most extensively. These types of fullerene were named as fullerenol. They have attracted great deal of interest because of its easy synthesis, high solubility and stability. The produce of polymers from renewable resources is recentlyhave much attentionand scientist has focused on theuse of cheap, biodegradable, and renewable startingmaterials in order to reduce petroleum dependence and the detrimental affects on the environment. Vegetable oils and fatty acids areone of the cheapest and most abundant biological sourcesavailable in large quantities, and their use as starting materialshas many advantages, including low toxicity and inherentbiodegradability. In recent years, extensive work has been doneto develop polymers from triglycerides or fatty acids as the maincomponent. The ultimate aim of this thesis is to synthesis of fullerenol urethane oil composite and to determine its film properties. For this purpose, first fullerene molecules were converted to fullerenol molecules by the reaction of fullerene with aqueous NaOH in the presence of tetrabutylammonium hydroxide, the most effective catalyst. The structure of prepared fullerenol was investigated by using FT-IR.“OH”groups which attached on the fullerene surface was determined by TGA analysis. Then, partial glyceride was prepared by sun flower oil and glycerol by glycerolysis reaction. After that fullerenol molecules were covalently bounded to partial glyceride. Thermal and structural properties of final products have been systematically investigated using techniques including FT-IR, DSC and TGA. Also, film properties such as flexibility, water resistance, acid resistance, alkali resistance and drying time were determined according to ASTM.

Benzer Tezler

  1. The use of fullerenol and Poly(styrene-co-chloromethyl styrene) in the modification of urethane oil

    Fullerenol ve Poli(stiren-ko-klorometil stiren)'in üretan yağının modifikasyonunda kullanımı

    ZEYNEP PELİN ÖZOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET TUNCER ERCİYES

  2. Synthesis of peptide-fullerenol conjugate and peptide hydrogels for drug delivery

    Fullerenol-peptit konjugatının ve peptit hidrojellerin ilaç taşıyıcı sistemler için sentezi

    HANDE DEMİRCİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    BiyomühendislikOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SALİH ÖZÇUBUKÇU

  3. Yeni fulleren sentezi türevli organik bileşiklerin

    Synthesis of new fullerene derivative organic compounds

    ZEHRA KOZAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    EnerjiAmasya Üniversitesi

    Yenilenebilir Enerji Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MELEK GÜL

  4. Kenetlenme tepkimeleri ile makromoleküler yapıların sentezi ve karakterizasyonu

    Synthesis of macromolecular structures by coupling reactions and their characterization

    BİROL IŞKIN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YUSUF YAĞCI

  5. CVD yöntemi ile karbon nanotüp üretimi, karakterizasyonu, modifikasyonu ve kullanım alanlarının araştırılması

    Production of carbon nanotube via CVD method, their characterization, modification and investigation of their aplication areas

    GÜLŞAH OZAN AYDIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2010

    KimyaKocaeli Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. SAADET BEYAZ